Какова общая структура системы сотовой связи. Из каких основных элементов она состоит. Как взаимодействуют между собой компоненты сотовой сети. Какие функции выполняют ключевые элементы системы сотовой связи.
Общая структура и принципы построения системы сотовой связи
Система сотовой связи представляет собой сложную техническую систему, состоящую из множества взаимосвязанных элементов. Ее основой является сотовая структура — территория покрытия разделена на небольшие зоны (соты или ячейки), в центре каждой из которых располагается базовая станция.
Ключевые особенности структуры системы сотовой связи:
- Сотовая структура покрытия территории
- Наличие центра коммутации, управляющего работой базовых станций
- Использование принципа повторного использования частот в разных сотах
- Возможность передачи обслуживания абонента от одной базовой станции к другой при перемещении
Основные элементы функциональной схемы системы сотовой связи
Функциональная схема типовой системы сотовой связи включает следующие ключевые элементы:
- Центр коммутации подвижной связи (MSC)
- Подсистема базовых станций (BSS)
- Контроллер базовых станций (BSC)
- Базовые приемо-передающие станции (BTS)
- Подвижные абонентские станции (MS)
- Регистр положения «домашних» абонентов (HLR)
- Регистр положения «гостевых» абонентов (VLR)
- Центр аутентификации (AUC)
- Регистр идентификации оборудования (EIR)
- Центр управления и обслуживания (OMC)
Рассмотрим функции и назначение основных элементов более подробно.
Центр коммутации подвижной связи (MSC) — ключевой элемент управления
Центр коммутации подвижной связи (MSC) является центральным элементом системы сотовой связи, выполняющим функции коммутации и управления. Какие основные задачи решает MSC?
- Обеспечивает коммутацию каналов связи между абонентами
- Управляет процессами установления, поддержания и разъединения соединений
- Обеспечивает маршрутизацию вызовов
- Реализует процедуры хэндовера (передачи обслуживания между базовыми станциями)
- Осуществляет взаимодействие с другими сетями связи
- Управляет базовыми станциями своей зоны обслуживания
MSC является своего рода «мозговым центром» сотовой сети, координирующим работу всех остальных элементов системы.
Подсистема базовых станций (BSS) — обеспечение радиопокрытия
Подсистема базовых станций (BSS) отвечает за организацию радиопокрытия на обслуживаемой территории и обеспечение радиодоступа абонентов к сети. В состав BSS входят:
- Контроллер базовых станций (BSC) — управляет работой группы базовых станций
- Базовые приемо-передающие станции (BTS) — обеспечивают радиопокрытие в пределах соты
BSS решает следующие основные задачи:
- Организация и поддержание радиоинтерфейса с мобильными станциями
- Управление мощностью излучения базовых и мобильных станций
- Хэндовер в пределах зоны, контролируемой одним BSC
- Кодирование/декодирование речи и данных
Регистры местоположения HLR и VLR — отслеживание абонентов
Для обеспечения мобильности абонентов в системе сотовой связи используются специальные базы данных — регистры местоположения:
- HLR (Home Location Register) — «домашний» регистр местоположения
- VLR (Visitor Location Register) — «гостевой» регистр местоположения
Какие функции выполняют эти регистры?
- HLR хранит постоянные данные об абонентах своей сети
- VLR содержит временные данные о «гостевых» абонентах, находящихся в зоне его обслуживания
- Обеспечивают определение текущего местоположения абонента
- Хранят информацию о подключенных услугах абонента
- Участвуют в процессах аутентификации абонентов
Взаимодействие HLR и VLR позволяет системе отслеживать перемещения абонентов и обеспечивать их обслуживание в любой точке сети.
Центр аутентификации (AUC) и регистр идентификации оборудования (EIR)
Для обеспечения безопасности и предотвращения несанкционированного доступа в системах сотовой связи применяются специальные элементы:
- Центр аутентификации (AUC)
- Регистр идентификации оборудования (EIR)
Какие задачи они решают?
Центр аутентификации (AUC):
- Генерация параметров для проверки подлинности абонентов
- Формирование ключей шифрования для защиты радиоинтерфейса
- Проверка прав абонента на доступ к сети и услугам
Регистр идентификации оборудования (EIR):
- Хранение данных об абонентском оборудовании (IMEI)
- Проверка легальности использования абонентских терминалов
- Блокировка работы украденных или неисправных устройств
Центр управления и обслуживания (OMC) — мониторинг и администрирование сети
Центр управления и обслуживания (OMC) является важным элементом системы сотовой связи, обеспечивающим административные функции и мониторинг работы сети. Какие основные задачи решает OMC?
- Мониторинг функционирования всех элементов сети
- Сбор статистики и анализ качества работы системы
- Управление конфигурацией сетевого оборудования
- Обновление программного обеспечения элементов сети
- Выявление и устранение неисправностей
- Оптимизация параметров работы системы
OMC позволяет централизованно контролировать работу сотовой сети и оперативно реагировать на возникающие проблемы, обеспечивая высокое качество связи.
Взаимодействие элементов системы сотовой связи
Эффективная работа системы сотовой связи обеспечивается за счет тесного взаимодействия всех ее элементов. Как происходит это взаимодействие?
- MSC управляет работой подчиненных ему BSC и обменивается данными с HLR/VLR
- BSC контролирует группу BTS и обеспечивает связь с MSC
- BTS поддерживают радиоинтерфейс с мобильными станциями
- HLR/VLR обмениваются информацией о местоположении и параметрах абонентов
- AUC предоставляет параметры для аутентификации абонентов
- EIR проверяет легальность использования абонентского оборудования
- OMC осуществляет общий мониторинг и управление всеми элементами
Слаженное взаимодействие всех компонентов позволяет обеспечить надежную мобильную связь на обширных территориях.
Функциональная схема cистемы сотовой связи
Система сотовой связи — это сложная и гибкая техническая система, допускающая большое разнообразие как по вариантам конфигурации, так и по набору выполняемых функций. В качестве примера сложности и гибкости системы укажем, что она может обеспечивать передачу как речи, так и других видов информации, в частности факсимильных сообщений и компьютерных данных. В части передачи речи, в свою очередь, может быть реализована обычная двусторонняя телефонная связь, многосторонняя телефонная связь (так называемая конференц-связь — с участием в разговоре более двух абонентов одновременно), голосовая почта.
При организации обычного двустороннего телефонного разговора, начинающегося с вызова, возможны режимы автодозвона, ожидания вызова, переадресации вызова (условной или безусловной). Ограничимся пока перечисленным, а дополнительные примеры сформулированного выше тезиса мы будем встречать на протяжении всего раздела. Более подробное рассмотрение возможностей системы и видов услуг будет приведено позже.
Акцентируя внимание на термине техническая, мы имеем в виду, что любые принципиальные решения воплощаются в виде некоторой вполне конкретной технической реализации, которая может быть существенно различной не только для разных стандартов сотовой связи, но даже для одного и того же стандарта, но в исполнении разных фирм.
Приступая к изложению принципов построения и технических основ сотовой связи, мы оказываемся перед проблемой: в каком ключе и с какой степенью подробности вести изложение? Одна крайность — изложение голой идеи, без всякого намека на привязку к технике. В этом случае, очевидно, мы получаем книгу минимального объема, но трудно читаемую и с сомнительной практической ценностью. Другая крайность — изложение,с жесткой привязкой к технике и всеми подробностями различных вариантов реализации. При этом, однако, книга будет восприниматься еще тяжелее — читатель просто утонет в дебрях технических деталей, не говоря уже об объеме, который окажется неприемлемо большим.
Мы выбираем нечто среднее, более близкое, пожалуй, к первому варианту. В частности, мы ограничиваемся:
- схематичным представлением структуры системы, лишь кратко упоминая о некоторых возможных модификациях;
- передачей информации речи при обычной двусторонней радиотелефонной связи, почти не затрагивая вопросов передачи других видов информации;
- цифровыми системами сотовой связи с TDMA, уделяя аналоговым системам, а также цифровым системам с CDMA, минимум места и внимания.
В качестве конкретных примеров мы обращаемся к стандартам D-AMPS и GSM. В результате, как нам кажется, удается получить приемлемый компромисс по степени подробности, доходчивости изложения, практической полезности и объему сайта.
Функциональная схема
Система сотовой связи строится в виде совокупности ячеек, или сот, покрывающих обслуживаемую территорию, например территорию города с пригородами. Ячейки обычно схематически изображают в виде равновеликих правильных шестиугольников (рис.
Отметим теперь некоторые моменты, связанные с упрощенностью изложенного выше схематичного представления.
Прежде всего, в действительности ячейки никогда не бывают строгой геометрической формы. Реальные границы ячеек имеют вид неправильных кривых, зависящих от условий распространения и затухания радиоволн, т.е. от рельефа местности, характера и плотности растительности и застройки и тому подобных факторов. Более того, границы ячеек вообще не являются четко определенными, так как рубеж передачи обслуживания подвижной станции из одной ячейки в соседнюю может в некоторых пределах смещаться с изменением условий распространения радиоволн и в зависимости от направления движения подвижной станции. Точно так же и положение базовой станции лишь приближенно совпадает с центром ячейки, который к тому же не так просто определить однозначно, если ячейка имеет неправильную форму. Если же на базовых станциях используются направленные (не изотропные в горизонтальной плоскости) антенны, то базовые станции фактически оказываются на границах ячеек.
Рис.2.3.Упрощенная функциональная схема системы сотовой связи: БС — базовая станция; ПС — подвижная станция (абонентский радиотелефонный аппарат)
Далее, система сотовой связи может включать более одного центра коммутации, что может быть обусловлено, в частности, эволюцией развития системы или ограниченностью емкости коммутатора. Возможна, например, структура системы типа показанной на рис.2.4 — с несколькими центрами коммутации, один из которых условно можно назвать «головным» или «ведущим».
Рис.2.4. Система сотовой связи с двумя центрами коммутации
В такой ситуации может возникнуть вопрос: что же такое система сотовой связи, чем определяются ее границы? Иначе говоря, как понять, где заканчивается одна система и начинается другая? Ответ такой: система — это то, что замыкается на один общий домашний регистр. В простейшей ситуации система содержит один центр коммутации (рис.2.3), при котором имеется домашний регистр, и она обслуживает относительно небольшую замкнутую территорию («небольшой город»), с которой не граничат территории, обслуживаемые другими системами.
Если, условно говоря, «город побольше», то система может содержать два или более центров коммутации (рис.2.4), из которых только при «головном» имеется домашний регистр, но обслуживаемая системой территория по-прежнему не граничит с территориями других систем.
В обоих этих случаях при перемещении абонента между ячейками одной системы происходит передача обслуживания, а при перемещении на территорию другой системы — роминг. Наконец, если «город совсем большой», на его площади может оказаться несколько систем с граничащими территориями, каждая система — со своим домашним регистром. В таком случае при перемещении абонента из одной системы в другую может иметь место и так называемая межсистемная передача обслуживания. Как для роминга, так и для межсистемной передачи обслуживания необходима аппаратурная совместимость систем (принадлежность их к одному и тому же стандарту сотовой связи), а также наличие соответствующих соглашений между компаниями-операторами.
Рис.2.5. Система базовой станции стандарта GSM: СБС — система базовой станции; КБС — контроллер базовой станции; БППС — базовая приемо-передающая станция; ПС — подвижная станция
Еще одна особенность связана с построением базовой станции.
В стандарте GSM используется понятие система базовой станции (СБС), в которую входит контроллер базовой станции (КБС) и несколько, например до шестнадцати, базовых приемопередающих станций (БППС) — рис.2.5. В частности, три БППС, расположенные в одном месте и ззамыкающиеся на общий КБС, могут обслуживать каждая свой 120-градусный азимутальный сектор в пределах ячейки (соты) или шесть БППС с одним КБС — шесть 60-градусных секторов. В стандарте D-AMPS в аналогичном случае могут использоваться соответственно три или шесть независимых базовых станций, каждая со своим контроллером, расположенных в одном месте и работающих каждая на свою секторную антенну; для обозначения такой «строенной» или «ушестеренной» конфигурации иногда употребляется термин позиция ячейки, или позиция соты (cell site), хотя чаще наименование cell site является синонимом базовой станции.
Число примеров такого рода схематизма и упрощений на самом деле гораздо больше, но мы ограничимся пока приведенными пояснениями к функциональной схеме и, имея их в виду, перейдем к рассмотрению отдельных элементов системы.
При этом, если не оговаривается иное, будем адресоваться к простейшей схеме рис.2.3, чтобы не потерять за деталями основной логической нити рассуждений.
1.2. Структурная схема и состав оборудования сетей связи
Функциональное построение и интерфейсы, принятые в стандарте GSM, иллюстрируются структурной схемой рис, 1.1, на которой MSC (Mobile Switching Centre) — центр коммутации подвижной связи; BSS (Base Station System) — оборудование базовой станции; ОМС (Operations and Maintenance Centre) — центр управления и обслуживания; MS (Mobile Stations) — подвижные станции.
Функциональное сопряжение элементов системы осуществляется рядом интерфейсов. Все сетевые функциональные компоненты в стандарте GSM взаимодействуют в соответствии с системой сигнализации МККТТ SS N 7 (CCITT SS. N 7).
Центр коммутации
подвижной связи обслуживает группу сот
и обеспечивает все виды соединений, в
которых нуждается в процессе работы
подвижная станция.
MSC аналогичен ISDN
коммутационной станции и представляет
собой интерфейс между фиксированными
сетями (PSTN, PDN, ISDN и т.д.) и сетью подвижной
связи. Он обеспечивает маршрутизацию
вызовов и функции управления вызовами.
Кроме выполнения функций обычной ISDN
коммутационной станции, на MSC возлагаются
функции коммутации радиоканалов. К ним
относятся «эстафетная передача»,
в процессе которой достигается
непрерывность связи при перемещении
подвижной станции из соты в соту, и
переключение рабочих каналов в соте
при появлении помех или неисправностях.
Каждый MSC обеспечивает обслуживание подвижных абонентов, расположенных в пределах определенной географической зоны (например, Москва и область). MSC управляет процедурами установления вызова и маршрутизации. Для телефонной сети общего пользования (PSTN) MSC обеспечивает функции сигнализации по протоколу SS N 7, передачи вызова или другие виды
MSC формирует данные,
необходимые для выписки счетов за
предоставленные сетью услуги связи,
накапливает данные по состоявшимся
разговорам и передает их в центр расчетов
(биллинг-центр).
MSC составляет также
статистические данные, необходимые для
контроля работы и оптимизации сети.
MSC поддерживает также процедуры безопасности, применяемые для управления доступами к радиоканалам.
MSC не только
участвует в управлении вызовами, но
также управляет процедурами регистрации
местоположения и передачи управления,
кроме передачи управления в подсистеме
базовых станций (BSS). Регистрация
местоположения подвижных станций
необходима для обеспечения доставки
вызова перемещающимся подвижным
абонентам от абонентов телефонной сети
общего пользования или других подвижных
абонентов. Процедура передачи вызова
позволяет сохранять соединения и
обеспечивать ведение разговора, когда
подвижная станция перемещается из одной
зоны обслуживания в другую. Передача
вызовов в сотах, управляемых одним
контроллером базовых станций (BSC),
осуществляется этим BSC. Когда передача
вызовов осуществляется между двумя
сетями, управляемыми разными BSC, то
первичное управление осуществляется
в MSC.
В стандарте GSM также предусмотрены
процедуры передачи вызова между сетями
(контроллерами), относящимися к разным
MSC. Центр коммутации осуществляет
постоянное слежение за подвижными
станциями, используя регистры положения
(HLR) и перемещения (VLR). В HLR хранится та
часть информации о местоположении
какой-либо подвижной станции, которая
позволяет центру коммутации доставить
вызов станции. Регистр HLR содержит
международный идентификационный номер
подвижного абонента (IMSI). Он используется
для опознавания подвижной станции в
центре аутентификации (AUC) (рис. 1.2, 1.3).
Рис.1.2
Практически HLR
представляет собой справочную базу
данных о постоянно прописанных в сети
абонентах. В ней содержатся опознавательные
номера и адреса, а также параметры
подлинности абонентов, состав услуг
связи, специальная информация о
маршрутизации. Ведется регистрация
данных о роуминге (блуждании) абонента,
включая данные о временном идентификационном
номере подвижного абонента (TMSI) и
соответствующем VLR.
К данным, содержащимся в HLR, имеют дистанционный доступ все MSC и VLR сети и, если в сети имеются несколько HLR, в базе данных содержится только одна запись об абоненте, поэтому каждый HLR представляет собой определенную часть общей базы данных сети об абонентах. Доступ к базе данных об абонентах осуществляется по номеру IMSI или MSISDN (номеру подвижного абонента в сети ISDN). К базе данных могут получить доступ MSC или VLR, относящиеся к другим сетям, в рамках обеспечения межсетевого роуминга абонентов.
Второе основное устройство, обеспечивающее контроль за передвижением подвижной станции из зоны в зону, — регистр перемещения VLR. С его помощью достигается функционирование подвижной станции за пределами зоны, контролируемой HLR. Когда в процессе перемещения подвижная станция переходит из зоны действия одного контроллера базовой станции BSC, объединяющего группу базовых станций, в зону действия другого BSC, она регистрируется новым BSC, и в VLR заносится информация о номере области связи, которая обеспечит доставку вызовов под-
Состав временных данных, хранящихся в HLR и VLR
Практически HLR
представляет собой справочную базу
данных о постоянно прописанных в сети
абонентах.
В ней содержатся опознавательные
номера и адреса, а также параметры
подлинности абонентов, состав услуг
связи, специальная информация о
маршрутизации. Ведется регистрация
данных о роуминге (блуждании) абонента,
включая данные о временном идентификационном
номере подвижного абонента (TMSI) и
соответствующем VLR.
К данным, содержащимся в HLR, имеют дистанционный доступ все MSC и VLR сети и, если в сети имеются несколько HLR, в базе данных содержится только одна запись об абоненте, поэтому каждый HLR представляет собой определенную часть общей базы данных сети об абонентах. Доступ к базе данных об абонентах осуществляется по номеру IMSI или MSISDN (номеру подвижного абонента в сети ISDN). К базе данных могут получить доступ MSC или VLR, относящиеся к другим сетям, в рамках обеспечения межсетевого роуминга абонентов.
Второе основное устройство, обеспечивающее контроль за передвижением подвижной станции из зоны в зону, — регистр перемещения VLR. С его помощью достигается функционирование подвижной станции за пределами зоны,
контролируемой HLR.
Когда в процессе перемещения подвижная
станция переходит из зоны действия
одного контроллера базовой станции
BSC, объединяющего группу базовых станций,
в зону действия другого BSC, она
регистрируется новым BSC, и в VLR заносится
информация о номере области связи,
которая обеспечит доставку вызовов
под-
вижной станции. Для сохранности данных, находящихся в HLR и VLR, в случае сбоев предусмотрена защита устройств памяти этих регистров.
VLR содержит такие же данные, как и HLR, однако эти данные содержатся в VLR только до тех пор, пока абонент находится в зоне, контролируемой VLR.
В сети подвижной связи
GSM соты группируются в географические
зоны (LA), которым присваивается свой
идентификационный номер (LAC). Каждый VLR
содержит данные об абонентах в нескольких
LA. Когда подвижный абонент перемещается
из одной LA в другую, данные о его
местоположении автоматически обновляются
в VLR. Если старая и новая LA находятся под
управлением различных VLR, то данные на
старом VLR стираются после их копирования
в новый VLR.
Текущий адрес VLR абонента,
содержащийся в HLR, также обновляется.
VLR обеспечивает также присвоение номера «блуждающей» подвижной станции (MSRN). Когда подвижная станция принимает входящий вызов, VLR выбирает его MSRN и передает его на MSC, который осуществляет маршрутизацию этого вызова к базовым станциям, находящимся рядом с подвижным абонентом.
VLR также распределяет
номера передачи управления при передаче
соединений от одного MSC к другому. Кроме
того, VLR управляет распределением новых
TMSI и передает их в HLR. Он также управляет
процедурами установления подлинности
во время обработки вызова. По решению
оператора TMSI может периодически
изменяться для усложнения процедуры
идентификации абонентов. Доступ к базе
данных VLR может обеспечиваться через
IMSI, TMSI или MSRN. В целом VLR представляет
собой локальную базу данных о подвижном
абоненте для той зоны, где находится
абонент, что позволяет исключить
постоянные запросы в HLR и сократить
время на обслуживание вызовов.
Для исключения несанкционированного использования ресурсов системы связи вводятся механизмы аутентификации — удостоверения подлинности абонента. Центр аутентификации состоит из нескольких блоков и формирует ключи и алгоритмы аутентификации. С его помощью проверяются полномочия абонента и осуществляется его доступ к сети связи. AUC принимает решения о параметрах процесса аутентификации и определяет ключи шифрования абонентских станций на основе базы данных, сосредоточенной в регистре идентификации оборудования (EIR — Equipment Identification Register).
Каждый подвижный абонент на время пользования системой связи получает стандартный модуль подлинности абонента (SIM), который содержит: международный идентификационный номер (IMSI), свой индивидуальный ключ аутентификации (Ki), алгоритм аутентификации (A3).
С помощью записанной в SIM информации в результате взаимного обмена данными между подвижной станцией и сетью осуществляется полный цикл
аутентификации
и разрешается доступ абонента к сети.
Процедура проверки сетью подлинности абонента реализуется следующим образом. Сеть передает случайный номер (RAND) на подвижную станцию. На ней с помощью Ki и алгоритма аутентификации A3 определяется значение отклика (SRES), т.е.
SRES = Ki * [ RAND]
Подвижная станция посылает вычисленное значение SRES в сеть, которая сверяет значение принятого SRES со значением SRES, вычисленным сетью. Если оба значения совпадают, подвижная станция приступает к передаче сообщений. В противном случае связь прерывается, и индикатор подвижной станции показывает, что опознавание не состоялось. Для обеспечения секретности вычисление SRES происходит в рамках SIM. Несекретная информация (например, Ki) не подвергается обработке в модуле SIM.
EIR — регистр идентификации
оборудования, содержит централизованную
базу данных для подтверждения подлинности
международного идентификационного
номера оборудования подвижной станции
(1МЕ1).
Эта база данных относится
исключительно к оборудованию подвижной
станции. Бзза данных EIR состоит из списков
номеров 1МЕ1, организованных следующим
образом:
БЕЛЫЙ СПИСОК — содержит номера 1МЕ1, о которых есть сведения, что они закреплены за санкционированными подвижными станциями.
ЧЕРНЫЙ СПИСОК — содержит номера 1МЕ1 подвижных станций, которые украдены или которым отказано в обслуживании по другой причине.
СЕРЫЙ СПИСОК — содержит номера 1МЕ1 подвижных станций, у которых существуют проблемы, выявленные по данным программного обеспечения, что не является основанием для внесения в «черный список».
К базе данных EIR получают дистанционный доступ MSC данной сети, а также MSC других подвижных сетей.
Как и в случае с HLR, сеть
может иметь более одного EIR, при этом
каждый EIR управляет определенными
группами 1МЕ1. В состав MSC входит транслятор,
который при получении номера 1МЕ1
возвращает адрес EIR, управляющий
соответствующей частью базы данных об
оборудовании.
IWF — межсетевой функциональный стык, является одной из составных частей MSC. Он обеспечивает абонентам доступ к средствам преобразования протокола и скорости передачи данных так, чтобы можно было передавать их между его терминальным оборудованием (DIE) сети GSM и обычным терминальным оборудованием фиксированной сети. Межсетевой функциональный стык также «выделяет» модем из своего банка оборудования для сопряжения с соответствующим модемом фиксированной сети. IWF также обеспечивает интерфейсы типа прямого соединения для оборудования, поставляемого клиентам, например, для пакетной передачи данных PAD по протоколу Х.25.
ЕС — эхоподавитель, используется в MSC со стороны PSTN для всех телефонных
каналов (независимо
от их протяженности) из-за физических
задержек в трактах распространения,
включая радиоканал, сетей GSM. Типовой
эхоподавитель может обеспечивать
подавление в интервале 68 миллисекунд
на участке между выходом ЕС и телефоном
фиксированной телефонной сети.
Общая
задержка в канале GSM при распространении
в прямом и обратном направлениях,
вызванная обработкой сигнала,
кодированием/декодированием речи,
канальным кодированием и т.д., составляет
около 180 мс. Эта задержка была бы незаметна
подвижному абоненту, если бы в телефонный
канал не был включен гибридный
трансформатор с преобразованием тракта
с двухпроводного на четырехпроводный
режим, установка которого необходима
в MSC, так как стандартное соединение с
PSTN является двухпроводным. При соединении
двух абонентов фиксированной сети
эхо-сигналы отсутствуют. Без включения
ЕС задержка от распространения сигналов
в тракте GSM будет вызывать раздражение
у абонентов, прерывать речь и отвлекать
внимание.
ОМС — центр эксплуатации
и технического обслуживания, является
центральным элементом сети GSM, который
обеспечивает контроль и управление
другими компонентами сети и контроль
качества ее работы. ОМС соединяется с
другими компонентами сети GSM по каналам
пакетной передачи протокола Х.
25. ОМС
обеспечивает функции обработки аварийных
сигналов, предназначенных для оповещения
обслуживающего персонала, и регистрирует
сведения об аварийных ситуациях в других
компонентах сети. В зависимости от
характера неисправности ОМС позволяет
обеспечить ее устранение автоматически
или при активном вмешательстве персонала.
ОМС может обеспечить проверку состояния
оборудования сети и прохождения вызова
подвижной станции. ОМС позволяет
производить управление нагрузкой в
сети. Функция эффективного управления
включает сбор статистических данных о
нагрузке от компонентов сети GSM, записи
их в дисковые файлы и вывод на дисплей
для визуального анализа. ОМС обеспечивает
управление изменениями программного
обеспечения и базами данных о конфигурации
элементов сети. Загрузка программного
обеспечения в память может производиться
из ОМС в другие элементы сети или из них
в ОМС.
NMC — центр управления
сетью, позволяет обеспечивать рациональное
иерархическое управление сетью GSM.
Он
обеспечивает эксплуатацию и техническое
обслуживание на уровне всей сети,
поддерживаемой центрами ОМС, которые
отвечают за управление региональными
сетями. NMC обеспечивает управление
трафиком во всей сети и обеспечивает
диспетчерское управление сетью при
сложных аварийных ситуациях, как
например, выход из строя или перегрузка
узлов. Кроме того, он контролирует
состояние устройств автоматического
управления, задействованных в оборудовании
сети, и отражает на дисплее состояние
сети для операторов NMC. Это позволяет
операторам контролировать региональные
проблемы и, при необходимости, оказывать
помощь ОМС, ответственному за конкретный
регион. Таким образом, персонал NMC знает
состояние всей сети и может дать указание
персоналу ОМС изменить стратегию решения
региональной проблемы.
NMC концентрирует внимание на маршрутах сигнализации и соединениях между узлами с тем, чтобы не допускать условий для возникновения перегрузки в сети. Контролируются также
маршруты соединений
между сетью GSM и PSTN во избежание
распространений условий перегрузки
между сетями.
При этом персонал NMC
координирует
вопросы управления сетью с персоналом других NMC. NMC обеспечивает также возможность управления трафиком для сетевого оборудования подсистемы базовых станций (BSS). Операторы NMC в экстремальных ситуациях могут задействовать такие процедуры управления, как «приоритетный доступ», когда только абоненты с высоким приоритетом (экстренные службы) могут получить доступ к системе.
NMC может брать на себя ответственность в каком-либо регионе, когда местный ОМС является необслуживаемым, при этом ОМС действует в качестве транзитного пункта между NMC и оборудованием сети. NMC обеспечивает операторов функциями, аналогичными функциям ОМС.
NMC является также важным инструментом планирования сети, так как NMC контролирует сеть и ее работу на сетевом уровне, а, следовательно, обеспечивает планировщиков сети данными, определяющими ее оптимальное развитие.
BSS — оборудование базовой
станции, состоит из контроллера базовой
станции (BSC) и приемо-передающих базовых
станций (BTS).
Контроллер базовой станции
может управлять несколькими
приемо-передающими блоками. BSS управляет
распределением радиоканалов, контролирует
соединения, регулирует их очередность,
обеспечивает режим работы с прыгающей
частотой, модуляцию и демодуляцию
сигналов, кодирование и декодирование
сообщений, кодирование речи, адаптацию
скорости передачи для речи, данных и
вызова, определяет очередность передачи
сообщений персонального вызова.
BSS совместно с MSC, HLR, VLR выполняет некоторые функции, например: освобождение канала, главным образом, под контролем MSC, но MSC может запросить базовую станцию обеспечить освобождение канала, если вызов не проходит из-за радиопомех. BSS и MSC совместно осуществляют приоритетную передачу информации для некоторых категорий подвижных станций.
ТСЕ- транскодер,
обеспечивает преобразование выходных
сигналов канала передачи речи и данных
MSC (64 кбит/с ИКМ) к виду, соответствующему
рекомендациям GSM по радиоинтерфейсу
(Рек.
GSM 04.08). В соответствии с этими
требованиями скорость передачи речи,
представленной в цифровой форме,
составляет 13 кбит/с. Этот канал передачи
цифровых речевых сигналов называется
«полноскоростным». Стандартом
предусматривается в перспективе
использование полускоростного речевого
канала (скорость передачи 6,5 кбит/с).
Снижение скорости передачи обеспечивается применением специального речепреобразую-щего устройства, использующего линейное предикативное кодирование (LPC), долговременное предсказание (LTP), остаточное импульсное возбуждение (RPE — иногда называется RELP).
Транскодер обычно
располагается вместе с MSC, тогда передача
цифровых сообщений в направлении к
контроллеру базовых станций — BSC ведется
с добавлением к потоку со скоростью
передачи 13 кбит/с, дополнительных битов
(стафингование) до скорости передачи
данных 16 кбит/с. Затем осуществляется
уплотнение с кратностью 4 в стандартный
канал 64 кбит/с. Так формируется определенная
Рекомендациями GSM ЗО-канальная ИКМ
линия, обеспечивающая передачу 120 речевых
каналов.
Шестнадцатый канал (64 кбит/с),
«временное
окно», выделяется отдельно для передачи информации сигнализации и часто содержит трафик SS N7 или LAPD. В другом канале (64 кбит/с) могут передаваться также пакеты данных, согласующиеся с протоколом X.25 МККТТ.
Таким образом, результирующая скорость передачи по указанному интерфейсу составляет 30х64 кбит/с + 64 кбит/с + 64 кбит/с = 2048 кбит/с.
MS — подвижная станция, состоит из оборудования, которое служит для организации доступа абонентов сетей GSM к существующим фиксированным сетям электросвязи. В рамках стандарта GSM приняты пять классов подвижных станций от модели 1-го класса с выходной мощностью 20 Вт, устанавливаемой на транспортном средстве, до портативной модели 5-го класса, максимальной мощностью 0,8 Вт (табл. 1.1). При передаче сообщений предусматривается адаптивная регулировка мощности передатчика, обеспечивающая требуемое качество связи.
Подвижный абонент и
станция независимы друг от друга.
Как
уже отмечалось, каждый абонент имеет
свой международный идентификационный
номер (IMSI), записанный на его интеллектуальную
карточку. Такой подход позволяет
устанавливать радиотелефоны, например,
в такси и автомобилях, сдаваемых на
прокат. Каждой подвижной станции также
присваивается свой международный
идентификационный номер (1МЕ1). Этот
номер используется для предотвращения
доступа к сетям GSM похищенной станции
или станции без полномочий [1.2].
Таблица 1.1
Класс мощности | Максимальный уровень мощности передатчика | Допустимые отклонения |
1 | 20 Вт | 1,5 дБ |
2 | 8 Вт | 1,5 дБ |
3 | 5 Вт | 1,5 дБ |
4 | 2 Вт | 1,5 дБ |
5 | 0,8 Вт | 1,5 дБ** |
Внутри цифрового сотового телефона
По шкале «сложность на кубический дюйм» сотовые телефоны являются одними из самых сложных устройств, которые люди используют ежедневно.
Современные цифровые сотовые телефоны могут обрабатывать миллионы вычислений в секунду, чтобы сжимать и распаковывать голосовой поток.
Если вы разберете обычный цифровой сотовый телефон, то обнаружите, что он состоит всего из нескольких отдельных частей:
Реклама
«» Внутри цифрового сотового телефона вы найдете печатную плату, аккумулятор, динамик и многое другое. Загляните внутрь цифрового сотового телефона с фотографиями и пояснениями к каждой части.HowStuffWorks
Печатная плата является сердцем системы. Микросхемы аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования преобразуют исходящий аудиосигнал из аналогового в цифровой, а входящий сигнал из цифрового обратно в аналоговый. Вы можете узнать больше об аналого-цифровом и цифро-цифровом преобразовании и его важности для цифрового звука в статье «Как работают компакт-диски». Цифровой сигнальный процессор (DSP) — это специализированный процессор, предназначенный для выполнения высокоскоростных расчетов по обработке сигналов.
Микропроцессор берет на себя всю работу по обслуживанию клавиатуры и дисплея, передает команды и сигналы управления базовой станции, а также координирует остальные функции на плате.
Микросхемы ПЗУ и флэш-памяти обеспечивают хранение операционной системы телефона и настраиваемых функций, таких как телефонный справочник. Секция радиочастоты (RF) и питания отвечает за управление питанием и подзарядку, а также за работу с сотнями FM-каналов. Наконец, РЧ-усилители обрабатывают сигналы, проходящие к антенне и от нее.
Размер дисплея значительно увеличился по мере увеличения количества функций в сотовых телефонах. Большинство современных телефонов предлагают встроенные телефонные справочники, калькуляторы, игры, календари, заметки, веб-браузеры и камеры, а также бесчисленное множество других приложений или приложений для удовлетворения практически любых нужд и желаний.
«» SIM-карта на платеКак работает
Некоторые телефоны хранят определенную информацию, например коды SID и MIN, во внутренней флэш-памяти, в то время как другие используют внешние карты, аналогичные картам SmartMedia.
Сотовые телефоны имеют такие крошечные динамики и микрофоны, что просто невероятно, насколько хорошо большинство из них воспроизводят звук. Как вы можете видеть на картинке выше, динамик размером с десятицентовую монету, а микрофон не больше батареи часов рядом с ним. Говоря о батарее часов, она используется внутренним чипом часов мобильного телефона.
Что удивительно, так это то, что все эти функции, которые всего 30 лет назад заняли бы целый этаж офисного здания, теперь умещаются в одном корпусе, удобном для вашей ладони!
Процитируйте это!
Пожалуйста, скопируйте/вставьте следующий текст, чтобы правильно цитировать эту статью HowStuffWorks.com:
Marshall Brain, Jeff Tyson & Julia Layton
«Как работают сотовые телефоны»
14 ноября 2000 г.
HowStuffWorks.com.
| Блок-схема Nokia 3310
Сантош Дас | Последнее обновление: 14 января 2023 г.
Используйте эти блок-схемы мобильных телефонов, чтобы изучить схему и принцип работы сотового телефона
Блок-схема мобильного телефона помогает нам понять расположение различных частей мобильного телефона и схемы. Как только мы сможем понять принципиальную схему, станет очень легко найти точное место неисправности и отремонтировать мобильный телефон.
Различные производители мобильных телефонов могут проектировать печатную плату мобильного телефона по-разному и использовать разные микросхемы, но основная концепция работы мобильного телефона остается неизменной.
Здесь мы попытаемся понять блок-схему Nokia 3310, которая является одной из лучших диаграмм для понимания любым специалистом по ремонту мобильных телефонов. Если вы можете понять эту блок-схему, вам станет намного легче понять блок-схемы и схемы большинства моделей мобильных телефонов, будь то обычный телефон с функциями, смартфон Android или даже iPhone и планшет.
Содержание
Блок-схема мобильного телефона
Блок-схема мобильного телефона Nokia 3310 (реальная печатная плата Nokia 3310)
Блок-схема Nokia 3310
Понимание блок-схемы и схемы Nokia 3310
Выше вы можете увидеть типичную блок-схему сотового телефона.
